第二節水的離子交換處理

水在進行混凝—石灰軟化和過濾處理后，已除去懸浮物和膠態雜質，硬度和堿度也有一定程度的降低，但作為鍋爐補給水，還遠遠達不到要求，必須進行深度處理。目前火力發電廠普遍采用的離子交換處理可以制得純度很高的水。

水的離子交換除鹽

水的離子交換軟化和除堿

離子交換裝置及其運行

再生系統

水的其他除鹽方法Flash水的離子交換除鹽

水的離子交換軟化和除堿，一般只適用于高壓以下的鍋爐，隨著高溫高壓鍋爐的迅速發展，單純的軟化、除堿已不能滿足鍋爐和機組對水質的要求和安全運行，而必須把水中的溶解鹽全部除盡。這樣，就發展了離子交換除鹽工藝。離子交換除鹽原理

水的離子交換除鹽(又叫化學除鹽)，在火電廠中普遍采用的是：將預處理后的清水，通過H型陽離子交換器，使陽離子轉換成H+，然后通過除碳器除去二氧化碳，再通過OH型陰離子交換器使陰離子轉換成OH－，并立即與H+結合成水。

這樣，就得到含鹽量極低的純水。Flash一、離子交換的基本知識（一）、離子交換樹脂的結構及命名離子交換樹脂的合成過程一般分為兩個階段：高分子聚合物骨架的制備和在高分子聚合物骨架上引入活性基團的反應。即首先將單體（進行高分子聚合的主要原料）制備成球狀顆粒的高分子聚合物，然后在這種高分子聚合物上進行有機高分子反應，使之帶上所需要的活性基團。也有一些離子交換樹脂是由已具備活性基團的單體經過聚合，或在聚合過程中同時引入活性基團，直接一步制得的。如丙烯酸系樹脂。離子交換樹脂離子交換樹脂的結構

離子交換樹脂是一類帶有活性基團的網狀結構高分子化合物。在它的分子結構中，可以人為的分為兩個部分：一部分稱為離子交換樹脂的骨架；另一部分時代有可交換離子的活性基團。活性基團也由兩部分組成：一是固定部分，二是活動部分。離子交換樹脂的分類

（1）按活性基團的性質分類可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。此外，按活性基團的性質還可分為鰲合性、兩性以及氧化還原性樹脂（2）按離子交換樹脂的孔型分類

A凝膠型樹脂

B大孔型樹脂（3）按單體種類分類按合成樹脂的單體種類不同，離子交換樹脂還可以分為苯乙烯系，丙烯酸系等2、離子交換樹脂的特性物理性質

(1)外觀

離子交換樹脂一般均呈球形，是一種透明或半透明的物質，依其組成不同顏色各異。

(2)顆粒度

樹脂顆粒的大小對水處理工藝過程有較大影響。顆粒大，交換速度慢；顆粒小，水通過樹脂層的壓力損失大。用于水處理的樹脂顆粒粒徑一般為0.3~1.2mm。

(3)含水量

(3)密度

樹脂的密度有以下幾種表示方法：

①干真密度：干燥狀態下樹脂本身的密度。②濕真密度：樹脂在水中經過充分膨脹后的密度。

③濕視密度：樹脂在水中充分膨脹后的堆積密度。

(4)孔徑、孔度、孔容和比表面積

孔徑表示微孔的大小孔度是指單位體積離子交換樹脂內部孔的容積孔容是指單位質量離子交換樹脂內部孔的容積。比表面積是指單位質量的離子交換樹脂具有的比表面積。一般比表面積越大，越有利于交換。（5）含水率

樹脂的含水率是指單位質量的濕樹脂（除去表面的水分）所含水量的百分數。一般在50%左右。對于含有一定活性基團的離子交換樹脂來說，含水率可以反映樹脂的交聯度和孔隙率的大小。含水率大，就表示孔隙率大，交聯度低。

（6）溶脹性

將干的離子交換樹脂浸入水中時，其體積變大的現象稱為樹脂的溶脹性。溶脹：干的離子交換樹脂侵入水中時，其體積會膨脹，這種現象叫溶脹。可逆樹脂侵入水中體積增大，干燥縮小離子交換樹脂有兩種溶脹現象不可逆新樹脂浸入水中溶脹后干燥體積不會恢復到原來當樹脂由一種離子型轉為另一種離子型時，其體積就會發生改變，體積改變的百分數稱樹脂轉型體積改變率。2、化學性能

(1)離子交換反應的可逆性

離子交換反應的可逆性，使離子交換樹脂可以反復使用的重要性質。例如當以含有硬度的水通過H型離子交換樹脂時，反應式為：

(2)酸、堿性

H型陽離子交換樹脂和OH型陰離子交換樹脂的性能與電解質酸、堿相同，在水中有電離出H+和OH–的能力。

(3)中和與水解

離子交換樹脂的中和與水解性能和通常的電解質一樣。

如H型離子交換樹脂和堿溶液會進行中和反應：水解反應如：具有弱酸性或弱堿性基團的離子交換樹脂的鹽型容易水解。

(4)離子交換樹脂的選擇性

離子交換樹脂吸著各種離子的能力不一，這種性能稱為離子交換樹脂的選擇性。

(5)交換容量

離子交換樹脂的交換容量表示其可交換離子量的多少。有兩種表示法：質量表示法(單位質量樹脂吸著能力)和體積表示法(單位體積吸著能力)。在表示交換容量時，為了統一起見，一般陽離子交換樹脂以Na型為準(也有以H型為準的)，陰離子交換樹脂以Cl型為準。①全交換容量(Q)

此指標表示離子交換樹脂中所有活性基團的總量。②中性鹽分解容量

樹脂能與中性鹽進行交換反應的交換容量。表示強堿基團量的多少。③弱酸（堿）基團交換容量

兩者之差三、除鹽系統

如果經預處理后的清水，僅僅需要除去Ca2+、Mg2+（即軟化），可以采用鈉離子交換法。如果不僅要求除去Ca2+、Mg2+，還要求除去堿度，則采用氫—鈉離子交換法。鈉離子交換法

鈉離子交換過程如下式表示：鈉離子交換劑層中離子分布示意見圖3-9。

水通過一個鈉離子交換器叫一級鈉離子交換，出水殘留硬度可滿足低壓鍋爐要求，如果要求進一步降低殘留硬度，可采用二級鈉離子交換，即將兩個鈉離子交換器串聯。圖3-9鈉離子交換劑層中離子分布示意2、除碳器

除碳器的作用是除去CO2。原水中碳酸鹽堿度，經過H離子交換，即轉化為H2CO3并存在平衡

pH下降，平衡右移，有利于H2CO3的分解。由于H型交換器出水pH較低，使CO2從水中游離，如果我們能降低水面上CO2的分壓，即可使CO2從水中逸出，這就是除碳器的工作原理。常用的鼓風式除碳器的結構如圖3-13。圖3-13

鼓風式除碳器H-OH離子交換法如果既要去除水中陽離子又要去除水中陰離子，則可以用氫—氫氧離子交換法。

2H2CO32RHCO32ROH+2HCl —2RCl+2H20

H2SO4R2SO42H2SiO32RHSiO3離子交換除鹽系統一級復床除鹽

將預處理后的清水，一次順序通過H型和OH型交換器的系統叫一級復床除鹽系統，如圖3-14。

一級復床除鹽系統的運行監督，是分別監督H型和OH型交換器的出水。混合床除鹽

混合床是在一個交換器內，把已再生好的H型和OH型離子交換樹脂按一定比例混合均勻，所以混床就相當于一個多級復床。混床的優勢在于水的陽、陰離子交換是交錯進行，出水水質好而且水質穩定；由于交換未期，出水電導率上升很快，終點容易判斷；運行周期也較長。缺點是樹脂的損耗大；再生操作比較復雜。圖3-14

一級復床除鹽系統常見的化學除鹽主系統及其選擇

采用陽、陰離子交換器組成主系統時，通常參照下面的原則：

(1)第一個交換器應是H型交換器。

(2)弱酸性陽樹脂；適用于處理堿度大或碳酸鹽硬度大的水。

(3)弱堿性陰樹脂；是用于處理強酸陰離子含量大的水。

(4)除硅必須采用強堿性陰樹脂。

(5)水質要求高時應設混床。

(6)除碳器應置于強堿性陰樹脂之前，以保證除硅效果。①離子交換器結構

交換器是一個